韧性材料不稳定变形机理作业

玻璃态下韧性材料拉伸不稳定现象机理
刘先龙
（材料与冶金学院材料学 2013级）
Q1：“应变软化”与“应变硬化”的微观机理解释
在玻璃化转变温度以下，材料发生韧性断裂时，材料会经历胡克弹性变形，屈服（“应变软化”），强迫高弹形变区，“应变硬化”，断裂的过程。

高分子的玻璃化转变更多的是一种松弛过程。

外力的作用在于使位能曲线发生倾斜，使链段运动的位垒相对降低，从而缩短了高分子链段沿外力方向运动的松弛时间，使得在玻璃态被冻结的链段能越过位垒而运动。

松弛时间τ与应力σ之间关系如下：
⎪⎭
⎫ ⎝⎛-=RT σa E Δexp ττ0 E Δ是松弛所需的活化能，a 是材料有关的常数。

随着应力增加，链段运动的松弛时间将缩短。

当应力增大到屈服应力y σ时，链段运动的松弛时间减少至于拉伸速度相适应的数值，高聚物就可产生大形变。

故当材料达到屈服点后，链段运动的松弛时间减少，链段能够发生运动，分子间相互作用减小，材料模量降低，在较低的作用力下，材料即可发生较大形变，发生“应变软化”。

当材料拉伸到一定形变时，链段取向伸直，链段运动再一次受限，材料模量急速上升，材料发生“应变硬化”。

Q2：成颈形成过程机理
韧性材料受到单轴拉伸时，斜截面上的最大切应力首先达到材料的剪切强度，而就切应力而言，当截面倾角等于45°时，达到最大值，所以，试样上首先出现与拉伸方向呈45°角的剪切滑移变形带（或相互交叉的剪切带），相当于材料屈服，进一步拉伸时，变形带中由于分子链高度取向，强度提高，暂时不再发生进一步变形，而变形带的边缘则进一步发生剪切变形，同时倾角为135°的斜截面上也要发生剪切滑移变形，因而试样逐渐生成对称的细颈。

Q3：Eyring 理论对屈服的围观解释
屈服作为活化速率过程是建立在Eyring 等指出的应力促进热活化塑性变形微观机制基础上的。

基本分子过程是，假设聚合物的变形是整个链状分子或它的一部分越过位垒的运动，所外加力σ引起位垒有一个对称的线性位移，使得引起局部分子构象跨越1个大能量位垒的应变热活化传递趋向于外加应力方向。

在应力σ作用下，应变的变化速率正比于这个方向的净流动，得到
⎪⎭
⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛-==︒︒RT υσsinh RT H Δexp r r dt dr 0
其中，0r ︒是指数前的常数因子；H Δ为活化能，σ为外加拉伸应力；υ为活化体积，它所代表的是一定大小的聚合物链段的体积。

为了产生塑性形变，这种链段应作整体运动。

基于外加应力引起分子流动的观点，根据Eyring 的应力增加引起内粘度增加的概念，所谓屈服应力就是使粘度下降到形变所用的应变速度正好等于Eyring 方程给出的塑性应变速度︒r 时的应力值。

当应力值高时，有()x e 21x sinh =于是
()[]RT υσH Δexp 2r r 0--⎪⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=︒︒ 恒定应变速率下的屈服应力
()()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=︒︒0r r 2ln RT H ΔυR T σ 屈服处，应力σ越大，应变速率︒r 越大。